Open Quantum Application Research Package

OpenQARP (code name)

モジュール型のデザインで、誤り耐性量子計算を見据えた拡張が可能

OpenQARP（Open Quantum Application Research Package）は、量子コンピューティングの研究開発と量子アプリケーション開発のための包括的なオープンソースソフトウェアです。再利用可能なブロックを組み合わせることで、量子アプリを迅速に試作し、さまざまな計算環境で開発・検証できます。

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特長

～70%

コード実装量削減

70種類以上

組み合わせ可能なビルディングブロック

20種類以上

実行可能な量子アルゴリズム

100種類以上

ソフトウェア部品

再利用可能なビルディングブロックで量子アプリケーションを開発

従来の量子アプリ開発では多数の小さな処理を組み合わせる必要があったのに対し、OpenQARPでは再利用可能な大きなブロックを活用することで、量子アプリケーションをより効率的に開発できることを示した図。

OpenQARPを利用するメリット

再利用可能なビルディングブロックで量子アプリを迅速に開発
独自アルゴリズムやワークフローを再利用可能なブロックとして活用
ローレベルの量子回路実装ではなく、アプリケーション開発に集中
試作・検証サイクルを加速

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OpenQARPを用いたADAPT-VQE実装例。分子系の定義からハミルトニアン生成、Ansatz生成、エネルギー推定までの量子化学ワークフローをPythonコードで示している。

OpenQARPを用いたADAPT-VQEアルゴリズムの実装例

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ドキュメント

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PCから大規模量子シミュレータまで対応し、将来の誤り耐性量子計算も見据える

PCからGPU搭載システム、大規模量子シミュレータまで、さまざまな実行環境で量子アプリを開発・検証できます。将来の誤り耐性量子コンピュータを見据えた研究開発を支援します。

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同じ量子アプリケーションを、ノートPCでの開発からGPU搭載システムを活用した計算環境、スーパーコンピュータを用いた大規模量子シミュレータまで展開できることを示した図

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ドキュメント

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量子ゲートではなく、量子アプリ開発のためのライブラリ

量子アプリ開発に必要な最先端のアルゴリズムや技術を標準搭載。以下の量子アルゴリズムや機能は実行可能なJupyter Notebookとして提供されており、サンプルをそのまま動かしながら学習・検証できます。

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基底状態・励起状態計算: VQE，ADAPT-VQE，VQD，ADAPT-VQD，SSVQE，QSE，oo-pCCD / UpCCD
スペクトル・ダイナミクス: QPE，DOS-QPE，MMQCELS，QMEGS，VFF，Trotter，qDRIFT，Qubitization，QSVT
最適化・サンプリング: QAOA，PCE，Quantum Monte Carl
開発支援技術: Circuit cutting，Postselection，Measurement grouping，SABRE routing，Unitary synthesis，Symbolic parameters

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ドキュメント

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活用事例

材料科学向け量子シミュレーション

溶液中の分子の光学特性や電子状態を予測し、新材料探索に活用するための量子シミュレーションを実施しました。将来的には創薬研究への応用も期待されています。
従来、量子化学アプリケーションの開発には複数のアルゴリズムや計算処理を個別実装する必要があり、研究者の開発負荷が大きいことが課題でした。
本事例では、OpenQARPが提供する量子化学計算モジュール（SSVQE）を活用することで、基底状態や励起状態の解析を効率的に実装・評価できました。既存手法や実験結果と近い傾向を確認し、量子シミュレーションの適用可能性を検証しました。
今後は、有望な材料候補を実験前に評価することで、材料探索の効率向上や実験コスト削減につながることが期待されます。

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金融ポートフォリオ最適化

多数の金融資産を対象としたポートフォリオ最適化に向けて、量子アルゴリズムの実装・評価を実施しました。
従来、資産数の増加に伴い問題規模が急速に拡大し、新しい量子アルゴリズムを試すたびに実装や評価環境を整備する必要がありました。
本事例では、OpenQARPに実装されたPCE（Pauli Correlation Encoding）を活用し、ポートフォリオ最適化向け量子アプローチを効率的に実装・評価しました。
今後は、より高度な投資戦略の立案や大規模な量子ファイナンスアプリケーションの実現に貢献することが期待されます。